JP5042206B2 - 基板搬送装置及びこれを用いた成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は基板搬送装置及びこれを用いた成膜装置に関する。

従来、インライン式の成膜装置では、基板をキャリアに載置してこのキャリアを搬送することで基板搬送を行っていた。しかし、この成膜装置では、成膜工程においてキャリアに付着した成膜粒子を洗浄除去する必要があるが、キャリア洗浄がコストアップにつながる。このコストアップを防止すべく、キャリアを用いないで基板を搬送することができる成膜装置が知られている。例えば特許文献１では、成膜装置に設けられたローラー上に、直接基板が水平に保持されて搬送できるように構成されている。
特開２００６−２５７５４６号公報（図２等）

しかしながら、キャリアを用いない成膜装置では、連続成膜において基板と基板の隙間から成膜粒子がローラー側に回り込みローラーに着膜してしまうことが多い。この場合に、この膜に金属が含まれると、この膜を介してローラー上の基板がチャンバと電気的に接続されて局所的に短絡し、その結果、基板上に帯電していた電荷が一気に流れて異常放電が発生しやすいという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、キャリアを用いない基板搬送装置であって、成膜装置に用いられた場合に異常放電を防止できる基板搬送装置、及びこれを用いた異常放電を防止できる成膜装置を提供しようとするものである。

本発明の基板搬送装置は、駆動装置により回転駆動されるシャフトと、このシャフトに固定部材を介して固定されたローラーとを備え、前記駆動装置により前記シャフトを回転駆動させ前記ローラーを回転させて、前記ローラー上に載置された基板を搬送する基板搬送装置であって、前記シャフトは導電性材料からなり、かつ、前記ローラーは絶縁性材料からなり、前記ローラーは、基板に当接して基板を搬送するローラー部と、このローラー部から突出し、前記固定部材に固定される突出部とからなり、前記固定部材は、この突出部の少なくとも一部を覆うカバー部を有し、前記ローラーと前記シャフトとの間、並びに前記ローラーと前記カバー部との間に間隙が設けられていることを特徴とする。

従来、成膜装置に用いられる基板搬送装置に成膜粒子が付着し堆積して導電膜を形成すると、この膜を介して、ローラー上に載置された基板と、導電性部材からなるシャフト、固定部材とが電気的に接続されて短絡してしまうことがあり、これが異常放電の原因となる。本発明においては、前記ローラーと前記シャフトとの間、並びに前記ローラーと前記カバー部との間に間隙を設けていることで、ローラーとシャフトとを電気的に接続するような膜が形成されにくい。この結果、ローラー上に載置された基板とシャフト、固定部材とが電気的に接続されるのを抑制し、基板のフローティング電位を保持して異常放電を抑制できる。

さらに、基板搬送装置は、前記ローラーに、前記カバー部をの少なくとも一部を覆うさらに別のカバー部を設けたことが好ましい。この別のカバー部を設けることで、より成膜粒子が金属からなるシャフト、固定部材とを電気的に接続する膜を形成することを抑制することが可能である。

また、前記基板搬送装置は、導電性材料からなる回転軸を軸中心として回転し、前記基板の側面に接触して前記基板の搬送をガイドするための絶縁体からなるガイドローラーを備え、前記ガイドローラーと前記回転軸との間には、溝が設けられていることが好ましい。このようにガイドローラーを更に備えていることで、キャリアを用いずにローラーとシャフトからなる基板搬送装置を用いる場合であっても、基板搬送をより安定して行うことが可能である。この場合に、ガイドローラーと回転軸との間にも溝が設けられていることで、ガイドローラーと回転軸とを電気的に接続する膜が形成されないので、異常放電を防止できる。

この場合、前記回転軸には、前記ガイドローラーを挟むように防着板が設けられ、前記ガイドローラーの端面と防着板との間には間隙が設けられていることが好ましい。防着板によりさらに成膜粒子のガイドローラー側への回り込みを抑え、その結果成膜粒子の付着を抑えることができる。この場合、さらに間隙が設けられていることで、ガイドローラーと他の導電性部材とを電気的に接続するような膜が形成されないので、異常放電を防ぐことができる。

前記防着板は、前記ガイドローラーの基板に当接しない部分を覆うように構成されていることが好ましい。このように構成されていることで、よりガイドローラーへの成膜粒子の付着を抑制することができ、異常放電を防止することができる。

本発明の成膜装置は、上記した基板搬送装置を備えると共に、成膜手段を備え、基板搬送装置により搬送された基板に対して成膜を行うことを特徴とする。上記した基板搬送装置を備えることで、異常放電を防止することができる。

前記成膜手段が、前記基板搬送装置により搬送された前記基板に対向する位置に設けられ、金属を含むスパッタリングターゲットと、スパッタリングガス導入手段とからなり、搬送された基板に対しスパッタリング方法により成膜することが好ましい。かかる成膜装置においても、上記の基板搬送装置を用いていることで、ローラー及びシャフトを電気的に接続するような膜が形成されにくいため、異常放電を防止することができる。

本発明の成膜装置の好適な実施形態としては、前記スパッタリングターゲットが前記成膜装置の天井部に設けられていることが挙げられる。このようないわゆるデポダウン式のスパッタリング装置においては、特に基板搬送装置に成膜粒子が付着しやすいが、本発明の成膜装置においては、上述した間隙が設けられているために、ローラーとシャフトとを電気的に接続するような膜は形成されにくい。このため、デポダウン式のスパッタリング装置で、かつ、基板を直接搬送する装置であっても、異常放電を防止できる。

本発明の基板搬送装置及びこれを用いた成膜装置によれば、異常放電を防止できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の成膜装置を、図１〜図３を用いて説明する。図１は、スパッタリング装置の模式的斜視図であり、図２は、スパッタリング装置の模式的正面図であり、図３はスパッタリング装置の模式的断面図である。なお、各図において同じ構成要素には同一の参照符号が付してある。

図１に示すように、スパッタリング装置１は、インライン式の成膜装置の一部を構成する成膜室として機能するものである。スパッタリング装置１には、上流側に図示しない加熱室が接続されると共に、下流側に別の成膜工程を行う成膜装置が接続されている。スパッタリング装置１はチャンバ１１を備える。チャンバ１１内には、図３に示すように、後述する基板搬送装置２を構成する金属からなるシャフト２０及びシャフト２０と一体となって回転する絶縁体からなるローラー２１が設けられている。基板Ｓはこのローラー２１上に載置される。この場合に、ローラー２１は絶縁体からなるものであるので、基板Ｓはローラー２１上に載置された状態でフローティング電位となる。ローラー２１に載置された基板Ｓは、ローラー２１の回転に伴って上流側の図示しない処理装置からチャンバ１１内に搬送され、チャンバ１１内を搬送移動されながら連続的に成膜が行われた後、下流側の図示しない別の成膜装置に搬送される。

このスパッタリング装置１について以下詳細に説明する。チャンバ１１の前後の底面には、真空ポンプ（図示せず）が設けられており、チャンバ１１内を所望の真空状態とすることが可能である。また、チャンバ１１の天井面には、カソード室１２が設けられており、カソード室１２の天井面には、図３に示すように、金属（たとえば、Ａｇ等）を含有するスパッタリングターゲット１３が設置されている。スパッタリングターゲット１３の後方には図示しない磁石組立体が設けられ、ターゲット前方に磁束が形成される。このスパッタリングターゲット１３に電圧が印加されて形成されたプラズマがターゲット前方に形成された磁束により補足され、高速スパッタリングを行うことが可能である。即ち、スパッタリング装置１は、所望の真空状態においてスパッタリング法によりいわゆるデポダウン方式で基板Ｓ上に金属含有膜を形成することが可能である。

チャンバ１１の外側には、図１及び図２に示すように本発明の基板搬送装置２の駆動装置３が設けられている。駆動装置３は、図示しない駆動源に接続された駆動ローラー３１を備える。駆動ローラー３１は、駆動源により回転駆動して、駆動ローラー３１にかけられた駆動ベルト（歯付ベルト）３２を駆動する。駆動ベルト３２は、複数のベルトローラー３３（図中では例として８個）、複数のテンションローラー３４（図中では例として３個）、及び安定して駆動するための複数の補助ローラー３５にかけられている。なお、ベルトローラー３３及びテンションローラー３４は、駆動ベルト３２の歯と嵌合するように構成されている。駆動ベルト３２が駆動ローラー３１により駆動すると、この駆動に併せて各ベルトローラー３３が回転する。

また、チャンバ１１を真空状態とするとチャンバ１１が内側に凹むことに起因して駆動ベルト３２が蛇行するのを防止すべく、駆動装置３には一対のベルトサイドローラー３６が設けられている。一対のベルトサイドローラー３６は駆動ベルト３２の両端を挟むように対向して（即ちベルトの進行方向に対してベルトサイドローラー３６の回転軸が垂直となるように）設置され、駆動ベルト３２を側面からガイドして駆動ベルト３２の蛇行を防止している。このベルトサイドローラー３６は、駆動ベルト３２の張力が大きい位置に設けられることが好ましい。図中では、例として駆動ローラー３１の近傍に設置されている。また、この一対のベルトサイドローラー３６は、それぞれ位置を調整できるように、たとえばベルトサイドローラー３６のチャンバ１１の側壁への取付部３７をネジ機構上を変位可能となるように設けて構成してもよい。

上記した各ベルトローラー３３は、基板搬送装置２を構成するシャフト２０の一端にそれぞれ接続されて、ベルトローラー３３が駆動ベルト３２により回転することにより、シャフト２０がベルトローラー３３と一体となって回転することができるように構成されている。

以下、図４を用いて基板搬送装置２について詳細に説明する。図４は、基板搬送装置の一部拡大図斜視図である。

上述したように、図４に示す各ベルトローラー３３に接続されたシャフト２０には複数のローラー２１（図中では例として２つ）が導電性部材からなる固定部材２２を介して固定されており、各ローラー２１はシャフト２０と一体となって回転するように構成されている。これらのローラー２１上に基板Ｓが載置される。即ち、駆動源により駆動ローラー３１が駆動して各ベルトローラー３３（図２参照）が回転すると、この回転に併せてシャフト２０が回転する。シャフト２０の回転により、シャフト２０に固定部材２２を介して固定されたローラー２１が回転するので、ローラー２１上に載置された基板Ｓは回転方向に併せてチャンバ１１内を移動する。また、各シャフト２０は、チャンバ１１の底面に設けられた図示しない保持手段により回転可能に保持されている。

このローラー２１とシャフト２０との構成について図５を用いて詳細に説明する。図５は、基板搬送装置の一部拡大断面図である。

導電性部材（たとえば、ＳＵＳやＡｌ、Ｔｉ、Ｆｅが挙げられる。また、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅから選ばれた少なくとも１種を含む合金であってもよい）からなるシャフト２０の外周には、円筒形状の導電性部材からなる固定部材２２がネジ２４により固定されて設けられている。ローラー２１は、絶縁体からなる。絶縁体としては、樹脂が挙げられ、たとえば、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また、金属に絶縁物を、例えば溶射によりコーティングしたものであってもよい。ローラー２１は円筒形状のローラー部２３と、ローラー部２３のシャフト２０に対して交差する端面のうちの一つ（図中左端面）から、シャフトの長手方向に突出した突出部２５とを備えている。突出部２５も円筒形状であり、その半径はローラー部２３の半径よりも小さい。なお、本実施形態では、突出部２５はローラー部２３と一体として設けられているが、別体として設けても良い。固定部材２２には、このローラー部２３から突出した突出部２５が別のネジ２４によって固定されている。即ち、ローラー２１は固定部材２２を介してシャフト２０に固定されている。さらに、固定部材２２は、突出部２５を覆うカバー部２６を備えている。なお、固定部材２２及び突出部２５は図中円筒形状であるが、ローラー２１をシャフト２０に固定することができればどのような形状でもよい。

ここで、本実施形態においては、このカバー部２６とローラー２１との間、及びシャフト２０とローラー２１との間にそれぞれ間隙２７、２８を設けるように各部材が設置されている。このようにローラー２１とシャフト２０及び固定部材２２との間に間隙２８、２７を設けていることで基板Ｓのフローティング電位を保持することが可能である。

即ち、従来では、成膜時に基板搬送装置２、つまり、シャフト２０、ローラー２１及び固定部材２２にスパッタリング粒子（成膜粒子）が付着してしまう。そして、このスパッタリング粒子が付着し堆積して金属製のシャフト２０、固定部材２２及びローラー２１を接続するような導電性の膜を形成すると、ローラー２１上に設置された基板Ｓが局所的に短絡してしまい、異常放電の原因となる。しかし、本実施形態においては、図５に示すようにローラー２１とシャフト２０及びカバー部２６との間に間隙２８、２７を設けているので、ローラー２１とシャフト２０とを接続するような導電性の膜が形成されることがない。たとえば、ローラー２１とシャフト２０との間には間隙２８が設けられているので両者を接続するような導電性の膜は形成されない。このようにして、本実施形態においては、基板Ｓのフローティング電位を保持することが可能であり、これにより異常放電を防止することができる。

この場合、さらに間隙２７は、図に示すように断面視において屈曲しており、スパッタリング粒子が回り込まない（内部まで到達してローラー２１とシャフト２０とを電気的に接続する膜を形成しない）ように構成されている。このようにいわゆるラビリンス構造となるように間隙２７を設けることで、より両者を接続するような金属膜は形成されにくく、その結果、より異常放電を防止することができる。

このように機能する間隙２７、２８の幅は、本実施形態では、共に１ｍｍであるが、０．５〜１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１ｍｍである。この範囲であることで、金属製のシャフト２０、固定部材２２及びローラー２１を接続するような金属を含む膜が形成されるのを抑制でき、基板をフローティング電位に保持することができるので、異常放電を抑制できる。他方で、１．５ｍｍより広いと、間隙が広すぎてスパッタリング粒子が回り込みやすく、また、０．５ｍｍより狭いとスパッタリング粒子が内部に堆積しやすく、また、ローラー２１及び固定部材２２の製作精度にも影響するからである。

また、図４及び図５に示すように、本実施形態の基板搬送装置２には、基板Ｓの搬送を補助するためのガイドローラー４１が設けられていてもよい。ガイドローラー４１は、チャンバ１１内に設けられ、基板Ｓの側面に接触して、基板Ｓを搬送方向に搬送する際のガイドとして機能する。

ガイドローラー４１は、回転軸４２の外周に嵌合され、この回転軸４２はチャンバ１１の内側面に設けられた保持部材４３に設けられている。さらに、回転軸４２のガイドローラー４１の上側及び下側には防着板４４が設けられている。この場合に、ガイドローラー４１と防着板４４との間には間隙４５が設けられていると共に、ガイドローラー４１の上面側及び下面側と回転軸４２との間にも所定の深さの溝（間隙）４６が設けられている。そして、この間隙４５及び溝４６の内部は連続した一つの空間を形成している。この空間は、断面視において屈曲しており、スパッタリング粒子が内部まで到達しないように構成されている。即ち、ガイドローラー４１もラビリンス構造を有しており、スパッタリング粒子が付着しても基板Ｓがフローティング電位となるように構成されている。この場合、防着板４４は、ガイドローラー４１の側面の少なくとも一部を覆うように構成されていてもよい。ガイドローラー４１の側面の少なくとも一部、即ち基板と当接する部分以外の少なくとも一部を覆うように防着板を設けることで、よりスパッタリング粒子の回り込みを抑制することができ、その結果、異常放電を防止できる。

この場合の間隙４５及び溝４６の幅も、本実施形態では共に１ｍｍであるが、それぞれ０．５〜１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１ｍｍである。この範囲であることで、スパッタリング粒子がガイドローラー４１及び回転軸４２を電気的に接続する膜を形成することをより効果的に防止できるので、基板をフローティング電位に保持することができ、異常放電を抑制できる異常放電を防止できる。

以上述べたように、本実施形態においては、たとえスパッタリング粒子がローラー２１に付着したとしても基板Ｓがフローティング電位を保持して短絡しないように、ローラー２１及びガイドローラー４１が所定の間隙を設けるように構成されているので、その結果、異常放電を防止することができる。この場合に、シャフト２０を絶縁部材で構成することなくシャフト２０を金属で構成できるので、強度を保つことができる。これと共に、ローラー２１及びガイドローラー４１をラビリンス構造にすればよいので、既存の装置に対しても適用可能であり、コストも抑えることができる。

上記実施形態におけるローラー２１及びガイドローラー４１における間隙（又は溝）の構成は上記形態に限定されない。例えば、図６に示すような構成でもよい。以下、図６を用いてローラー２１及びガイドローラー４１における間隙（又は溝）の別の構成について説明する。図６（１）〜（４）は、それぞれシャフト２０、ローラー２１及び固定部材２２の要部断面図である。

図６（１）に示した構成は、図５に示した構成とは、突出部２５が段差部６１を有しており、この段差部６１及び突出部２５とカバー部２６との間に間隙６２が設けられている点、及び、固定部材２２のシャフト２０との接続面を広く取るように延設部６３が設けられて、シャフト２０とローラー２１との間の間隙６４が間隙２８（図５参照）よりも短くなっている点が異なる。このように構成しても、固定部材２２とローラー２１との間には間隙６２が設けられており、かつ、ローラー２１とシャフト２０との間にも間隙６４が設けられているので、ローラー２１と固定部材２２及びシャフト２０とを接続するような導電性の膜が形成されることを抑制でき、基板をフローティング電位に保持することができるので、異常放電を抑制できる。

図６（２）に示した構成は、図６（１）に示した構成とは、突出部２５がさらに別の段差部６５を有しており、間隙６６が断面視において３回屈曲してローラー２１と固定部材２２との間の間隙６６の長さが間隙６２の長さよりも長くなっている点が異なる。従って、成膜粒子がより回り込みにくいので、ローラー２１と固定部材２２及びシャフト２０とを接続するような導電性の膜が形成されることを抑制でき、基板をフローティング電位に保持することができるので、異常放電を抑制できる。

図６（３）に示した構成は、図５に示した構成とは、ローラー部２３に、カバー部２６を覆うように別のカバー部材６７を備え、ローラー２１と固定部材２２との間の間隙６８が断面視において３回屈曲し、間隙６８の長さが間隙２７（図５参照）の長さよりも長くなっている点が異なる。さらに、図６（２）に示した構成とは断面視において間隙の屈曲の方向が異なっている。このように間隙６８が構成されていることで、成膜粒子がより回り込みにくいので、ローラー２１と固定部材２２及びシャフト２０とを接続するような導電性の膜が形成されることを抑制でき、基板をフローティング電位に保持することができるので、異常放電を抑制できる。

図６（４）に示した構成は、図６（１）とは、ローラー２１のシャフト２０側の面に凹部６９を設け、このローラー２１及びシャフト２０との間の間隙７０が断面視において屈曲するように設けている。このように、このローラー２１及びシャフト２０との間の間隙７０も断面視において屈曲するように設けることで、より成膜粒子がより回り込みにくいので、ローラー２１と固定部材２２及びシャフト２０とを接続するような導電性の膜が形成されることを抑制でき、基板をフローティング電位に保持することができるので、異常放電を抑制できる。

また、本実施形態においては、デポダウン式のスパッタリング成膜を行うスパッタリング装置１において本発明の基板搬送装置２を用いたが、デポアップ方式、又縦型基板搬送装置におけるいわゆるサイドデポ方式の成膜装置においても本発明の基板搬送装置２を用いることができる。また、成膜方法としてもスパッタリング方法に限られない。たとえば、化学気相成長法を実施する成膜装置においても用いることが可能である。

本発明の基板搬送装置及び成膜装置は、たとえば、太陽電池等の作製に用いることが可能である。従って、半導体装置製造分野において利用可能である。

スパッタリング装置の模式的斜視図である。 スパッタリング装置の模式的正面図である。 スパッタリング装置の模式的断面図である。 基板搬送装置の一部拡大図斜視図である。 基板搬送装置の一部拡大断面図である。 シャフト、ローラー及び固定部材の要部断面図である。

符号の説明

１ スパッタリング装置
２ 基板搬送装置
３ 駆動装置
１１ チャンバ
１２ カソード室
１３ スパッタリングターゲット
２０ シャフト
２１ ローラー
２２ 固定部材
２３ ローラー部
２４ ネジ
２５ 突出部
２６ カバー部
２７ 間隙
２８ 間隙
３１ 駆動ローラー
３２ 駆動ベルト
３３ ベルトローラー
３４ テンションローラー
３５ 補助ローラー
３６ ベルトサイドローラー
３７ 取付部
４１ ガイドローラー
４２ 回転軸
４３ 保持部材
４４ 防着板
４５ 間隙
４６ 溝
６１ 段差部
６２ 間隙
６３ 延設部
６４ 間隙
６５ 段差部
６６ 間隙
６７ カバー部材
６８ 間隙
６９ 凹部
７０ 間隙
Ｓ 基板

Claims (8)

1. 駆動装置により回転駆動されるシャフトと、このシャフトに固定部材を介して固定されたローラーとを備え、前記駆動装置により前記シャフトを回転駆動させ前記ローラーを回転させて、前記ローラー上に載置された基板を搬送する基板搬送装置であって、
   前記シャフトは導電性材料からなり、かつ、前記ローラーは絶縁性材料からなり、
   前記ローラーは、基板に当接して基板を搬送するローラー部と、このローラー部から突出し、前記固定部材に固定される突出部とからなり、
   前記固定部材は、この突出部の少なくとも一部を覆うカバー部を有し、
   前記ローラーと前記シャフトとの間、並びに前記ローラーと前記カバー部との間に間隙が設けられていることを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記ローラーに、前記カバー部の少なくとも一部を覆うさらに別のカバー部を設けたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
3. 前記基板搬送装置は、導電性材料からなる回転軸を軸中心として回転し、前記基板の側面に接触して前記基板の搬送をガイドするための絶縁体からなるガイドローラーを備え、
   前記ガイドローラーと前記回転軸との間には、溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の基板搬送装置。
4. 前記回転軸の前記ガイドローラーを挟むように防着板が設けられ、
   前記ガイドローラーの端面と防着板との間には間隙が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板搬送装置。
5. 前記防着板は、ガイドローラーの基板に当接しない部分を覆うように構成されていることを特徴とする請求項４記載の基板搬送装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板搬送装置を備えると共に、成膜手段を備え、
   基板搬送装置により搬送された基板に対して成膜を行うことを特徴とする成膜装置。
7. 前記成膜手段が、前記基板搬送装置により搬送された前記基板に対向する位置に設けられ、金属を含むスパッタリングターゲットと、スパッタリングガス導入手段とからなり、
   搬送された基板に対しスパッタリング方法により成膜することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記スパッタリングターゲットが前記成膜装置の天井部に設けられていることを特徴とする請求項７記載の成膜装置。

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